Estrazione dell’astaxantina a ultrasuoni per rese più elevate
- L’astaxantina è un antiossidante molto potente utilizzato nei prodotti farmaceutici e negli integratori alimentari.
- Per produrre astaxantina di alta qualità da fonti naturali come le alghe, è necessaria una tecnica di estrazione ad alte prestazioni.
- L’estrazione a ultrasuoni è un trattamento meccanico che consente di ottenere rese elevate di astaxantina in tempi di estrazione molto brevi.
Sonicatori ad alte prestazioni per estratti di astaxantina di alta qualità
L’estrazione a ultrasuoni è una tecnica di estrazione ad alte prestazioni che utilizza onde ultrasoniche intense per estrarre l’astaxantina da fonti naturali, come microalghe, krill o crostacei. L’astaxantina è un pigmento carotenoide presente in natura, noto per le sue potenti proprietà antiossidanti e i suoi vari benefici per la salute. Viene comunemente utilizzata come integratore alimentare e colorante alimentare. Scopri come la sonicazione contribuisce a migliorare il tuo processo di estrazione dell’astaxantina!
MultiSonoReactor per migliorare l’estrazione dell’astaxantina mediante ultrasuoni ad alta potenza
Estrazione dell’astaxantina dalle microalghe mediante ultrasuoni
L’astaxantina destinata agli integratori alimentari, consumati da esseri umani e animali per i loro benefici per la salute, viene ottenuta da prodotti ittici o estratta dall’alga H. pluvialis. Haematococcus pluvialis è una microalga verde che produce elevati contenuti di astaxantina quando viene sottoposta a condizioni di stress, ad esempio elevata salinità, carenza di azoto, temperatura elevata e luce. Con un contenuto di astaxantina fino a 9,2mg/g per cellula algale (= fino al 3,8% del peso secco di H. pluvialis), Haematococcus pluvialis accumula un contenuto molto elevato di astaxantina naturale ed è quindi l’organismo preferito per la produzione di astaxantina.
Per liberare l’astaxantina dalle microalghe verdi, è necessario disgregare le cellule algali. La sonicazione è una tecnica consolidata per la disgregazione cellulare, la lisi e l’isolamento di composti bioattivi come lipidi, antiossidanti, polifenoli e pigmenti naturali. Gli ultrasuoni ad alte prestazioni generano forze puramente meccaniche che disgregano le pareti cellulari mediante forze di taglio e provocano il rilascio di sostanze bioattive come l’astaxantina.
Estrazione dell’astaxantina dal lievito mediante ultrasuoni
Phaffia rhodozyma è un lievito ricco di astaxantina. Tuttavia, la spessa parete cellulare di P. rhodozyma, composta principalmente da glucano e responsabile della rigidità cellulare, rende la disgregazione cellulare e l’isolamento dell’astaxantina operazioni impegnative. Alcuni ricercatori (Gogate et al. 2015) hanno scoperto che l’estrazione a ultrasuoni in combinazione con acido lattico intensifica la disgregazione cellulare e rende l’estrazione dell’astaxantina da P. rhodozyma un processo più ecologico e rispettoso dell’ambiente. Hanno utilizzato acido lattico come mezzo per la disgregazione ed etanolo come solvente per l’estrazione. La resa massima di astaxantina (90%) è stata ottenuta con l’approccio di estrazione assistita da ultrasuoni basato sull’uso di acido lattico 3 M e un tempo di disgregazione di 15 min. Potenti estrattori a ultrasuoni come UIP4000hd (4kW, vedere l’immagine a sinistra), in combinazione con un reattore a flusso continuo pressurizzabile, consentono di generare una cavitazione molto intensa. Le forze di taglio generate dalla cavitazione disgregano le pareti cellulari del lievito e favoriscono il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e il solvente.
- Resa superiore
- Estrazione rapida – in pochi minuti
- Estratti di alta qualità – trattamento delicato e non termico
- Solventi ecologici (ad es. acqua/etanolo)
- Convenienza economica
- Funzionamento semplice e sicuro
- Bassi costi di investimento e di esercizio
- Funzionamento 24/7 in condizioni gravose
- Metodo ecologico e rispettoso dell’ambiente
Estrazione dell’astaxantina a ultrasuoni – in modalità batch o a flusso continuo
L’astaxantina è un composto lipofilo e può essere disciolta in solventi (ad es. etanolo al 48,0% in acetato di etile) e oli (ad es. olio di soia).
Batch: I processi di estrazione a ultrasuoni possono essere condotti come semplici processi batch o come trattamento in linea, in cui il mezzo viene alimentato continuamente attraverso un reattore a ultrasuoni a flusso continuo.
Il trattamento batch è una procedura semplice in cui l’estrazione viene eseguita lotto per lotto. Hielscher Ultrasonics offre processori a ultrasuoni per lotti di piccole e grandi dimensioni, da 1L a 120L.
Per il trattamento di lotti da 5 a 10L, consigliamo UP400ST con sonotrodo S24d22L2D (vedere l’immagine a sinistra).
Per il trattamento di lotti di circa 120L, consigliamo il sonicatore UIP2000hdT con sonotrodo RS4d40L4.
Flusso continuo: Per volumi maggiori e per l’estrazione commerciale su scala industriale, un flusso continuo di liquido viene alimentato attraverso un reattore a ultrasuoni, in cui la sospensione di materiale vegetale nel solvente viene sottoposta a sonicazione intensa.
Per un volume di circa 8L/min., consigliamo UIP4000hdT con sonotrodo RS4d40L3 e cella di flusso pressurizzabile FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) per l’estrazione batch su larga scala
Sonicatori ad alte prestazioni per l’estrazione
Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di sonicatori ad alte prestazioni per la produzione di estratti di alta qualità da piante, lieviti e cellule. L’ampia gamma di prodotti di Hielscher Ultrasonics spazia da piccoli e potenti sonicatori da laboratorio a robusti sistemi da banco e sistemi completamente industriali, che erogano ultrasuoni ad alta intensità per l’estrazione e l’isolamento efficienti di componenti bioattivi come astaxantina, quercetina, caffeina, curcumina, terpeni ecc. Tutti i sonicatori digitali da 200W a 16.000W dispongono di un menu intuitivo con impostazioni programmabili, un display touch a colori per un comodo utilizzo, una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati, controllo remoto tramite browser e molte altre funzionalità di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle di flusso (le parti a contatto con il mezzo) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri sonicatori sono progettati per il funzionamento 24/7, richiedono poca manutenzione e sono semplici e sicuri da utilizzare.
Un display digitale a colori consente di controllare le apparecchiature a ultrasuoni in modo intuitivo. I nostri sistemi sono in grado di erogare ampiezze da basse a molto elevate. Per l’estrazione di composti chimici come l’astaxantina, offriamo speciali sonotrodi a ultrasuoni (noti anche come sonde o corni a ultrasuoni) ottimizzati per l’isolamento delicato di sostanze attive di alta qualità. Hielscher offre sonotrodi speciali per ampiezze elevate in combinazione con celle di flusso pressurizzabili, in grado di generare forze di taglio da cavitazione estreme che disgregano anche cellule di lievito molto resistenti. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni gravose e in ambienti impegnativi.
Il controllo preciso dei parametri del processo a ultrasuoni garantisce la riproducibilità e la standardizzazione del processo. I sistemi automatizzati di estrazione a ultrasuoni su scala industriale di Hielscher sono progettati per elevate capacità produttive di estratti di qualità superiore, riducendo al contempo manodopera, costi e consumo energetico.
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Bibliografia/Riferimenti
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Informazioni utili
Sonoestrazione
L’estrazione a ultrasuoni, o sonoestrazione, si basa sul principio della cavitazione acustica.
Quando onde ultrasoniche intense vengono applicate a sistemi liquidi, si verifica la cavitazione acustica, ovvero il fenomeno di formazione, crescita e successivo collasso di bolle di vuoto (vedere l’immagine sotto). Durante la propagazione delle onde ultrasoniche, le bolle di vuoto oscillano e crescono fino a raggiungere un punto in cui non possono più assorbire energia. Al culmine della loro crescita, le bolle collassano violentemente, provocando effetti termici, meccanici e chimici a livello locale. Gli effetti meccanici comprendono pressioni elevate fino a 1000atm, turbolenze e intense forze di taglio. Queste forze disgregano le pareti cellulari e favoriscono il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e il solvente, liberando composti bioattivi nel liquido circostante (ovvero il solvente).
La cavitazione acustica, generata da ultrasuoni ad alta intensità e bassa frequenza, crea intense forze di taglio ed elevati differenziali locali di pressione e temperatura, che forniscono l’azione necessaria per la disgregazione cellulare, la miscelazione intensa e il trasferimento di massa. Queste forze di taglio ultrasoniche vengono applicate con successo all’estrazione della cannabis.
L’estrazione a ultrasuoni di composti da materiale vegetale e tessuti cellulari è stata ampiamente studiata. L’applicazione di onde ultrasoniche molto intense favorisce significativamente i processi di estrazione. Oltre all’intensificazione del processo – che determina rese più elevate e tempi di estrazione più brevi – si prevengono la degradazione termica e la perdita di componenti sensibili alla temperatura, poiché la sonicazione è un trattamento non termico. Inoltre, l’estrazione a ultrasuoni presenta bassi costi di investimento e di esercizio, riduce l’uso di solventi e/o consente di utilizzare solventi più ecologici, rendendola una tecnica di estrazione economica e rispettosa dell’ambiente. Grazie a prestazioni superiori rispetto ai metodi di estrazione convenzionali, l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) è stata adottata dall’industria alimentare per produrre composti bioattivi con vantaggi economici.
Potenti onde ultrasoniche disgregano la matrice cellulare delle strutture biologiche e liberano i composti bioattivi. Il trasferimento di massa tra il materiale vegetale e il solvente viene intensificato. Grazie a questi meccanismi, l’estrazione a ultrasuoni è altamente efficiente per l’estrazione della cannabis.
Astaxantina
L’astaxantina si distingue per il suo colore rosso intenso. È un pigmento liposolubile presente nelle alghe (ad es. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), nei lieviti (ad es. Phaffia rhodozyma), nel salmone, nella trota, nel krill, nei gamberetti e nei gamberi di fiume. L’astaxantina è considerata un superantiossidante, poiché la sua potenza antiossidante è da dieci a venti volte superiore a quella di molti altri carotenoidi, come beta-carotene, luteina e zeaxantina, e cento volte superiore a quella dell’alfa-tocoferolo (vitamina E).
L’astaxantina (3,3′-diidrossi-β, β′-carotene-4,4′-dione) è un chetocarotenoide e appartiene a una classe più ampia di composti chimici noti come terpeni (come tetraterpenoide), costituiti da precursori a cinque atomi di carbonio, il difosfato di isopentenile e il difosfato di dimetilallile. L’astaxantina è classificata come un tipo di composto carotenoide con componenti contenenti ossigeno, ovvero gruppi ossidrilici (-OH) o chetonici (C=O), come la zeaxantina e la cantaxantina. L’astaxantina è un metabolita della zeaxantina e/o della cantaxantina e contiene sia gruppi funzionali ossidrilici sia chetonici. Come molti carotenoidi, l’astaxantina è un pigmento liposolubile e si distingue per il suo colore rosso. I carotenoidi, compresa l’astaxantina, sono ben noti per la loro capacità antiossidante.
L’astaxantina è un pigmento rosso che si forma naturalmente nella microalga delle acque piovane Haematococcus pluvialis e nel lievito chiamato Xanthophyllomyces dendrorhous (noto anche come Phaffia rhodozyma). L’alga viene sottoposta a stress mediante una o più condizioni, che vanno dalla carenza di nutrienti all’aumento della salinità e all’eccessiva esposizione alla luce solare, per produrre astaxantina. Le specie che consumano queste microalghe d’acqua dolce sottoposte a stress, come salmone, trota rossa, orata rossa, fenicottero e crostacei (ad es. gamberetti, krill, granchi, aragoste, gamberi di fiume), riflettono nel loro aspetto la pigmentazione dalle tonalità rosso-arancioni.
Come integratore, l’astaxantina viene somministrata per i suoi effetti benefici per la salute e terapeutici. L’astaxantina è un nutraceutico consolidato, somministrato per migliorare la salute della pelle (ad es. ridurre rughe, danni da scottature solari ecc.).
Inoltre, l’astaxantina riceve crescente attenzione per il suo impiego nel trattamento della malattia di Alzheimer, della malattia di Parkinson, delle malattie cardiovascolari, del colesterolo alto, delle malattie epatiche, della degenerazione maculare legata all’età e nella prevenzione del cancro.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni, dalle dimensioni da laboratorio a quelle industriali.